จุลินทรีย์วิวัฒนาการชาติพันธุ์และสามโดเมน

การเปรียบเทียบลำดับโมเลกุลที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ได้จัดระเบียบแผนภูมิต้นไม้แห่งชีวิตใหม่เป็นสามโดเมน และวางจุลินทรีย์ไว้ที่รากฐาน เผยให้เห็นว่าอาร์เคียเป็นสายเลือดที่แตกต่างจากแบคทีเรียพอๆ กับยูคาริโอต

Definition

จุลินทรีย์วิวัฒนาการชาติพันธุ์ (Microbial phylogeny) คือการสร้างความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการระหว่างจุลินทรีย์จากข้อมูลโมเลกุลขึ้นใหม่ และระบบสามโดเมน (three-domain system) คือการจำแนกสิ่งมีชีวิตเซลล์ออกเป็นแบคทีเรีย อาร์เคีย และยูคาริโอต

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการใช้ ribosomal RNA และโมเลกุลที่ได้รับการอนุรักษ์อื่นๆ เป็นนาฬิกาโมเลกุล; การสร้างและการตีความแผนภูมิต้นไม้สายวิวัฒนาการ; การรับรู้สามโดเมน ได้แก่ แบคทีเรีย อาร์เคีย และยูคาริโอต; และนัยของกรอบแนวคิดนี้สำหรับการจำแนกความหลากหลายของจุลินทรีย์และการอนุมานความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการที่ลึกซึ้ง

Core questions

• ลำดับโมเลกุลสามารถเปิดเผยความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการได้อย่างไร?
• เหตุใด ribosomal RNA จึงถูกใช้เป็นนาฬิกาโมเลกุล?
• มีหลักฐานใดบ้างที่สนับสนุนสามโดเมนแทนที่จะเป็นสองโดเมน?
• วิวัฒนาการชาติพันธุ์ให้ข้อมูลในการจำแนกจุลินทรีย์ได้อย่างไร?

Key concepts

• นาฬิกาโมเลกุล
• วิวัฒนาการชาติพันธุ์ของ ribosomal RNA
• แผนภูมิต้นไม้สายวิวัฒนาการ
• แบคทีเรีย อาร์เคีย และยูคาริโอต
• แผนภูมิต้นไม้แห่งชีวิตสากล

Key theories

สมมติฐานสามโดเมน

การเปรียบเทียบลำดับ ribosomal RNA โดย Woese และ Fox แสดงให้เห็นว่าอาร์เคียก่อตัวเป็นโดเมนที่แตกต่างจากแบคทีเรียและยูคาริโอต ซึ่งสร้างสายเลือดหลักสามสายของสิ่งมีชีวิตเซลล์

Mechanisms

เนื่องจากยีน เช่น ยีนที่เข้ารหัส ribosomal RNA มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตเซลล์ทั้งหมด เปลี่ยนแปลงช้า และมีหน้าที่คงที่ ความแตกต่างในลำดับของพวกมันจึงสะท้อนถึงเวลาที่สายเลือดแยกจากกัน การจัดเรียงลำดับเหล่านี้และการวิเคราะห์รูปแบบความแตกต่างจะสร้างแผนภูมิต้นไม้สายวิวัฒนาการ ซึ่งวางอาร์เคียไว้บนกิ่งที่แยกจากทั้งแบคทีเรียและยูคาริโอต และให้แผนภูมิต้นไม้สามโดเมนที่เป็นสากล

Clinical relevance

กรอบแนวคิดวิวัฒนาการชาติพันธุ์ระดับโมเลกุลเป็นพื้นฐานของการจำแนกและการระบุจุลินทรีย์สมัยใหม่ ช่วยให้สามารถจัดวางจุลินทรีย์ในบริบททางวิวัฒนาการจากข้อมูลลำดับเพียงอย่างเดียว และเป็นพื้นฐานสำหรับการตีความความหลากหลายที่เปิดเผยโดยการจัดลำดับสิ่งแวดล้อม

History

ในปี 1977 Carl Woese และ George Fox รายงานว่าการเปรียบเทียบลำดับ ribosomal RNA แยกกลุ่มที่พวกเขาเรียกว่า archaebacteria ออกจากแบคทีเรียอื่นๆ นำไปสู่ระบบสามโดเมนที่เข้ามาแทนที่การแบ่งแบบง่ายๆ ระหว่างโปรคาริโอต-ยูคาริโอต

Key figures

• Carl Woese
• George Fox

Seminal works

• woese1977
• madigan2018

Frequently asked questions

เหตุใดจึงใช้ ribosomal RNA ในการศึกษาการวิวัฒนาการของจุลินทรีย์?

ยีน ribosomal RNA มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตเซลล์ทั้งหมด ทำหน้าที่สำคัญเดียวกัน และเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เมื่อเวลาผ่านไป คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ลำดับของพวกมันเป็นบันทึกที่เชื่อถือได้ของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการที่สามารถนำมาเปรียบเทียบข้ามสายเลือดที่ห่างไกลกันมากได้